時間:2022-02-18 15:43:53來源:
2011年我國電纜行業產能超過美國成為“世界第一”之后,我國電纜行業大而不強、產能過剩的話題一度成為了業內討論的主旋律,如何做大、做強成擺在電纜行業面前的重大問題。進入21世紀以來,全世界都在大力提倡新能源開發,我國新能源產業更是開展的如火如荼,廣義上講,新能源類別包括:太陽能、風能、核能、生物質能、化學能等,上述新能源的建設與發展都離不開電纜,那么新能源類電纜就可以分為:光伏電纜、風力發電電纜、海洋石油平臺用電纜、核電站用電纜、電動機車類電纜、內陸常規與非常規天然氣開采用電纜等。本文將對上述若干種新能源電纜產品類別與性能、國內外應用標準、開發前景等做詳細分析。
風力發電電纜
風能作為一種清潔的可再生能源,目前也是眾多新能源中最具規模、技術最成熟、最有商業發展前景的發電模式,據公開資料顯示我國大陸及近海岸可利用風能資源已近10億kW,我國《可再生能源中長期發展規劃》中指出,2020年我國風電總裝機容量達到3000萬kW,2013-2020年仍是大有可為的黃金時期。風力發電電纜有風電機艙和塔筒內的控制電纜、信號電纜、耐扭曲電力電纜等,因風場環境惡劣,且電力電纜隨葉輪擺動而扭曲,所以風力發電用電纜一般要求較高,如要求耐低溫、耐油、耐扭曲、耐氣候、耐紫外線、耐酸堿等,我國目前風力發電電纜暫無國家標準,只有國家電線電纜質量監督檢測中心頒發的TICW01-2009《額定電壓1.8/3kV及以下風力發電用耐扭曲軟電線》等行業內標準。
塔筒電纜是風力發電系統中應用最多的電纜,我們經常說的風電電纜就是指此類電纜。因為塔筒電纜隨風機不斷的正反向擺動,所以塔筒電纜性能要求極為嚴格,即要保證結構柔軟,又要求具有較高的抗張強度、耐低溫(-40℃)、耐紫外線、耐扭轉、耐鹽霧(近海風電廠有此類要求)、耐海水腐蝕、耐摩、耐氣候老化、阻燃等性能。圖2給出了風機內主要部位應用電纜示意圖。其中數字代表含義如下:1—漿葉驅動器、2—節距和方位角調節驅動器、3 —葉片節距和方位角控制系統、4—偏轉驅動器、5—變速箱、6—葉輪風速計、7—控制箱、8—逆變器、9—發電機、10—泵、風機、加熱器。上述部位所需電纜基本為柔性電機電源線、柔性伺服電纜、VFD電纜等。
世界各國對風力發電用電纜的標準要求各異,我國主要以TICW01-2009《額定電壓1.8/3kV及以下風力發電用耐扭曲軟電線》、《NBT31034-2012___額定電壓1.8(3)kV及以下風力發電用耐扭曲軟電纜第1部分:額定電壓0.6(1)kV電纜》等行業標準為主,更高電壓等級的暫時無行業標準,一般參照IEC標準制作。在北美地區(加拿大/美國),風力發電電纜一般參照UL/CSA系列。標準根據美國國家電工法規NPFA70,電纜型號為WTTC、TC在UL認證體系中,WTTC涵蓋在ZGZN產品類別下,電壓等級是0.6/1kV、1.8/3kV。不同的型號對應不同的標準,所涉及標準如表1所示。
標準號標準名稱標準簡介UL44熱固性絕緣電線電纜涵蓋600V 1000V 2000V 5000V四種電壓等級的電纜,導體、絕緣、護套等結構、厚度均可在此標準找到。UL1072電力與控制電纜(光單元)中壓電力電纜涵蓋中壓電纜標準,與GB/T12706較為相似。UL1581電線、電纜與柔性電線涵蓋導體、絕緣、護套及相關測試方法。UL2277風力發電電纜WTTC、TC電力電纜,與其他標準相關。ASTM-B33導體標準美標導體分類很詳細,如AA 、A、B、C、D、I、K等。
值得注意的是,在UL1581與ASTMB33中對于導體的分類是不一樣的,AA類—架空用裸導體;A類—比AA類更加柔軟的裸導體;B類-絕緣材料為橡皮、絕緣紙等材料的且比A類更加柔軟;C類與D類導體比B類導體更加柔軟;G類導體由7-61根復絞而成,典型用途是橡皮護套用、移動設備用等柔性電纜。
參照UL標準生產風力發電電纜時應注意其導體規格的表達方式,即AWG與公制毫米的換算關系,導體不同溫度下干式與濕式的選擇,絕緣、護套材料的選擇,UL44中相關試驗的選擇等等。值得注意的是,UL標準中對于風力發電電纜的材料沒有含鹵與無鹵的區分。
風力發電電纜在相當一段長的時間內仍然會占據新能源發電電纜的主要地位,而且產品更多的傾向于多個標準綜合性能,如滿足TICW1中的低溫耐扭曲試驗與UL1581中FT4等諸如此類。
光伏電纜
太陽能的開發近年來呈現噴井式發展,截至2010 年末,我國太陽能光伏發電裝機容量已經達到893 MW,位居世界第7。預計到2020 年,我國的太陽能光伏發電裝機總容量將超過30 000 MW。國家也在光伏建設項目上給予支持。光伏發電已帶動相關產品,如光伏電纜的迅速發展。通常光伏發電產生的低壓直流電需轉換為交流電,光伏電池與交直流逆變器間的連接電纜就是光伏電纜。理論上講一個光伏組件一般需要2根0. 8-1 m之間的單芯電纜,所以說如果按照相應光伏組件發展速度,到2020年我國光伏電纜的用量將達到15萬km左右,需求空間較大。
光伏電纜英文縮寫是PV電纜,結構較為簡單,即導體、絕緣、護套,見圖5。我國目前暫時沒有光伏電纜國家標準,國際上光伏電纜最為權威的認證是TUV 萊茵TUV MARK與UL認證,主要參考標準2 Pfg 1169或UL 4703,且樣品要送往德國或美國,所以認證周期較長,費用較高,且各樣品設計側重點不同。但一般光伏電纜性能要求如下:電纜絕緣和護套的熱壽命在120℃環境下時不少于25年,電纜通過動態穿透試驗,電纜通過單根垂直燃燒試驗,電纜通過-40℃低溫試驗,電纜通過酸堿試驗、濕熱試驗、臭氧試驗和耐氣候試驗。但光伏電纜應用場合環境有差異,所以在設計時應考慮敷設場所,如防老鼠等小動物啃咬等。
核級電纜
核電站的興建與取舍是21世紀各國最為關注的話題之一,無論是伊朗、朝鮮核危機,還是日本福島核泄漏,還是歐洲部分國家全民公投,無一不是圍繞核電取舍開展的。我國核電站分布圖見圖6所示。但是不管取舍如何,每座核電站所需電纜的數量是巨大的。
國際標準IEEE383《核電站用 IE電纜、現場接頭和連接件型式試驗》和RCC-E《核島電氣設備設計和建造規則》規定了反應堆的緊急停堆,安全殼隔離,堆芯的應急冷卻,反應堆余熱導出,反應堆廠房的余熱導出。我國標準GB22577—2008《核電站用1E 級電纜通用要求》規定了核級電纜一般要求。防止放射性物質向周圍環境大量排放等功能的電氣系統設備的安全等級,定義為1E級,在我國IE級設備按照使用環境及質量鑒定要求可分為K1、K2、K3 共三類,其中K3質量鑒定程序是用來驗證安裝在安全殼外的設備在正常環境條件下,以及對一些設備規定的事故條件下,能執行其規定功能的能力。經K3質量鑒定程序鑒定的電纜稱作“K3類電纜”核電站用lE級K3類控制和儀表電纜絕緣線芯必須滿足優良的機械電氣和耐熱性能、通過單根垂直燃燒試驗、具備低煙、無鹵、低毒、低腐蝕的特性,且其使用壽命應超過40年。
除上述新能源類電纜外,還有海洋石油平臺用電纜、電動汽車充電電纜、天然氣類開發電纜等,這些電纜我國基本沒有國家標準規定,多數依照國外發達國家標準生產,國內外客戶之前可能大多數使用世界某些電纜巨頭產品,隨著中國電纜的崛起,這些客戶會將采購放在產品價格更有競爭優勢的中國,而這些客戶就會以之前國外電纜廠家的產品標準要求中國電纜企業,消化吸收國外標準、看準項目立即上馬,避免眾多企業一擁而上時出現同質化惡性競爭。
新能源類電纜的發展前景很廣闊,消化國外UL、VDE、BS等標準,積極轉化為企業內部標準,積極與客戶保持良好的溝通,確保技術交流渠道暢通。
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